連鑄方坯低倍組織及缺陷特性分析

1、連鑄方坯低倍組織及缺陷特性分析王英（南京鋼鐵集團(tuán)有限公司質(zhì)管處南京，210035）摘要：通過(guò)酸蝕低倍試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，對(duì)連鑄方坯內(nèi)部的低倍組織及缺陷的類(lèi)型、宏微觀(guān)特征以及形成原因進(jìn)行了分析，并提出了控制這些缺陷的主要措施。關(guān)鍵詞：連鑄方坯；低倍組織；金相檢驗(yàn)；缺陷0引言連鑄坯的冶金質(zhì)量指標(biāo)主要由鋼的純凈度、鋼坯的表面缺陷及內(nèi)部低倍組織缺陷的情況來(lái)衡量。鋼的純凈度的狀況在澆鑄之前已由鋼液的冶煉過(guò)程所控制，而鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量由連鑄機(jī)的澆鑄過(guò)程來(lái)控制。連鑄方坯生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的低倍缺陷有眾多類(lèi)型，每類(lèi)缺陷對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響因素各不相同；此外，不同的鑄坯結(jié)晶組織狀況對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響也不盡相同，因此，分析

2、研究鑄坯低倍組織及缺陷的特征，進(jìn)而弄清缺陷的形成原因，是控制鑄坯質(zhì)量的重要前提。本文通過(guò)對(duì)本公司生產(chǎn)的130mm，150mm方等規(guī)格的鑄坯進(jìn)行大量的酸蝕低倍試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，弄清了方坯內(nèi)部缺陷的主要類(lèi)型及其宏微觀(guān)特征，并對(duì)缺陷的形成原因作了分析，在此基礎(chǔ)上提出了控制缺陷的主要措施。1 鑄坯的低倍組織通過(guò)大量的酸蝕低倍檢驗(yàn)表明，無(wú)論什么鋼種或什么規(guī)格，連鑄方坯的低倍組織（即宏觀(guān)組織）一般由邊部細(xì)等軸晶、柱狀晶和心部粗等軸晶三部分組成。鑄坯中能夠獲得這三種結(jié)構(gòu)，特別是心部粗等軸晶占有一定的數(shù)量，這樣的連鑄坯是較為理想的情況，而柱狀晶發(fā)達(dá)則易導(dǎo)致嚴(yán)重的坯內(nèi)部缺陷。1.1 邊部細(xì)等軸晶區(qū)邊部細(xì)等軸晶區(qū)，

3、又稱(chēng)激冷層，由等軸細(xì)晶組成，組織致密，雜質(zhì)相對(duì)量低，表層質(zhì)量較好。具有均勻激冷層的鑄坯，其正方度較好，表面無(wú)鼓肚或凹陷，為保證鋼材的表面質(zhì)量，提供了有利條件。而往往由于操作條件的變化，坯殼厚度是不均勻的，在激冷層較薄的角部坯殼下凹，在下凹處皮下形成垂直于表面的裂紋，裂紋嚴(yán)重時(shí)擴(kuò)展到坯的對(duì)角線(xiàn)，并且沿對(duì)角線(xiàn)向心部延伸擴(kuò)展。1.2 柱狀晶區(qū)鑄坯的柱狀晶區(qū)，柱狀晶以樹(shù)枝晶從表面向內(nèi)部生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)的方向即熱流的散熱傳導(dǎo)方向，近似于垂直鑄坯的表面。連鑄坯普遍存在柱狀晶發(fā)達(dá)的弊端，特別是小方坯，柱狀晶從表面一直伸長(zhǎng)到鑄坯中心，心部等軸區(qū)幾乎看不到。由于柱狀晶平行排列，致使柱狀晶區(qū)產(chǎn)生裂紋的敏感性比等軸晶要

4、強(qiáng)。另外，由于柱狀晶到達(dá)中戶(hù)，柱狀晶搭橋，在鑄坯縱向形成斷斷續(xù)續(xù)的縮孔、中心偏析、中心裂紋等缺陷。為此，必須對(duì)柱狀晶加以控制，進(jìn)而控制因柱狀晶發(fā)達(dá)而產(chǎn)生的低倍缺陷。1.3 心部等軸晶區(qū)鑄坯心部等軸晶區(qū)，由取向無(wú)規(guī)律的樹(shù)枝晶構(gòu)成。為了控制鑄坯的組織結(jié)構(gòu)，使心部得到一定數(shù)量的等軸晶，除正確控制工藝條件外，控制鋼液的過(guò)熱度尤為重要。心部等軸晶可以有效地防止縮孔、中心裂紋缺陷的產(chǎn)生，改善和提高鑄坯的質(zhì)量。2 鑄坯的低倍缺陷類(lèi)型及特征2.1 偏析型缺陷偏析類(lèi)型的缺陷包括中心偏析及中心疏松。2.1.1 中心偏析此種缺陷在方坯硫印片上表現(xiàn)為中心部的棕色斑點(diǎn)，酸蝕低倍試樣上為暗黑色斑點(diǎn)。用光學(xué)顯微鏡觀(guān)察，偏析

5、斑點(diǎn)處存大量的硫化物夾雜，硫化物夾雜在心部柱狀晶的前沿或中心等軸間，沿晶界分布。連鑄方坯的中心偏析、縮孔的低倍缺陷形貌見(jiàn)圖1。圖1低倍缺陷形貌特征有關(guān)文獻(xiàn)指出，中心偏析是由于鋼液由外向內(nèi)逐次結(jié)晶過(guò)程中將鋼液中低熔點(diǎn)的物質(zhì)，如硫、磷等元素推向中心所形成。中心偏析的形成與澆注速度和溫度有關(guān)，中間包鋼水過(guò)熱度T25C時(shí)，中心偏析嚴(yán)重。消除中心偏析的主要措施是控制鋼中S、P等元素含量以及澆注溫度。2.1.2 中心疏松在硫印片上為中心部位分散的棕色斑點(diǎn)，酸浸低倍試片上為中心部位分散的暗點(diǎn)和孔隙。此種缺陷的產(chǎn)生是由于鑄坯凝固時(shí)體積收縮引起的組織不致密及中心部位因最后凝固氣體析集和夾雜物的聚集而形成。中心疏

6、松處往往存在著硫化物和氧化物等類(lèi)夾雜物，且有沿晶界分析特征，見(jiàn)圖2。圖4縮孔處的大顆粒硅酸鹽夾雜（100圖2中心疏松處的FeS夾雜（100X）2.2 孔洞型缺陷此類(lèi)型缺陷包括縮孔和皮下氣泡兩種。2.2.1縮孔在硫印片和低倍試樣上為圓形或不規(guī)則的孔洞，形貌見(jiàn)圖1，由于鋼液在凝固時(shí)發(fā)生的體積集中收縮造成?？s孔的形成與澆鑄溫度有關(guān)，當(dāng)鋼水溫度偏高，柱狀晶特別發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)至中心，柱狀晶的前沿相互搭橋，使鋼水流動(dòng)受阻，不能填充由于凝固而產(chǎn)生的收縮，在鑄坯心部形成大小不等的孔洞，在橫向低倍上表現(xiàn)為中心處的孔洞，孔洞周?chē)橛惺杷珊蛫A雜物，主要是硫化物和硅酸鹽（見(jiàn)圖3）。在縱向低倍上表現(xiàn)為鑄坯軸線(xiàn)處斷續(xù)存在縮孔

7、，且縮孔處常有大顆粒硅酸鹽夾雜（見(jiàn)圖4）。經(jīng)金相組織觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)縮孔周?chē)嬖谥计?，表現(xiàn)為鑄坯的心部增碳，見(jiàn)圖5和圖6。圖3縮孔周?chē)牧蚧锛肮杷猁}（100X）X)圖5正常部位組織(100X)圖6縮孔部位組織(100X)2.2.2 皮下氣泡這種缺陷的形貌特征為試面的皮下呈分散或成簇分布的細(xì)長(zhǎng)裂縫或橢圓形氣孔。其主要是由于鋼液脫氧不良和澆鑄系統(tǒng)各環(huán)節(jié)潮濕在澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所造成的。在本公司現(xiàn)有的連鑄條件下，沒(méi)有此缺陷出現(xiàn)。2.3 夾雜型缺陷連鑄方坯中的非金屬夾雜物可分為分散細(xì)小的夾雜和大顆粒夾雜兩類(lèi)。分散細(xì)小的夾雜有硫化物、氧化物和硅酸鹽三種，來(lái)自冶煉和澆鑄過(guò)程中物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，在酸浸低倍

8、試片上表現(xiàn)為暗黑色斑點(diǎn)以及腐蝕過(guò)重的孔隙。大顆粒夾雜，則是由于澆鑄系統(tǒng)耐火材料被高溫鋼水沖刷或混人保護(hù)渣所致，分布無(wú)規(guī)律，一般未納人低倍評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行級(jí)別評(píng)定。YB4002-91標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，大顆粒夾雜不允許存在。夾雜型缺陷在本公司生產(chǎn)的鑄坯中出現(xiàn)較少，因此目前尚未收集到更多的數(shù)據(jù)和圖片。2.4 裂紋型缺陷連鑄方坯中的裂紋包括中間裂紋、角部裂紋、中心裂紋及邊部裂紋四種。中間裂紋在柱狀晶區(qū)產(chǎn)生，并沿柱狀晶擴(kuò)展，一般垂直于鑄坯的兩個(gè)側(cè)面，嚴(yán)重時(shí)中心點(diǎn)的上下左右四個(gè)方向同時(shí)存在，是常見(jiàn)缺陷之一。一般認(rèn)為此種缺陷與二次冷卻引起的熱應(yīng)力有關(guān)。角部裂紋在方坯斷面的四個(gè)角部發(fā)生，裂紋始于角部表面凹陷處的皮下一定

9、深度處，垂直表面沿柱狀晶向內(nèi)部延伸，到達(dá)鑄坯的對(duì)角線(xiàn)后沿對(duì)角線(xiàn)向中心延伸。鑄坯的形狀對(duì)這種裂紋影響很大，菱變脫方嚴(yán)重時(shí)，此種裂紋越嚴(yán)重。裂紋起始位置距表面越近，越易導(dǎo)致軋材表面在裂紋處加熱時(shí)被氧化，從而產(chǎn)生鋼材表面裂紋、降低成材率。中心裂紋在靠近中心部位的柱狀晶區(qū)產(chǎn)生，一般產(chǎn)生在內(nèi)弧一側(cè)，在中心無(wú)等軸晶時(shí)，裂紋可穿過(guò)中心。一般認(rèn)為鑄坯通過(guò)噴水區(qū)后，由于回?zé)岫a(chǎn)生的熱應(yīng)力引起中心裂紋。在中心下側(cè)的等軸晶區(qū)幾乎見(jiàn)不到這種缺陷，為此心部控制得到一定量的等軸晶，這一點(diǎn)非常重要，是防止中心裂紋產(chǎn)生的有效措施。邊部裂紋始于邊部細(xì)等軸晶和柱狀晶的交界處，并沿柱狀晶向內(nèi)部擴(kuò)展，裂紋大部分在上、下側(cè)產(chǎn)生一般認(rèn)為邊部裂紋是由于發(fā)生鼓肚的鑄坯通過(guò)導(dǎo)輥矯直應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的，因此導(dǎo)輥的定位對(duì)于防止連部裂紋缺陷的產(chǎn)生是重要的。3 結(jié)語(yǔ)(l)連鑄方坯低倍組織及缺陷均有一定的宏、微觀(guān)特征，各類(lèi)